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荀武舉：混凝土研發與防護并進讓工程建筑具備鋼筋鐵骨

2023-07-20 16:33:22 作者：本網整理來源：《腐蝕與防護之友》分享至：

記者：混凝土在土木工程中發揮著無可替代的作用，但是復雜的工作環境也使其耐久性面臨著嚴峻的考驗，請您談談目前混凝土面臨的耐久性方面的問題，以及腐蝕與防護學科在混凝土發展中的意義和重要性。

荀高工：目前混凝土面臨的耐久性方面的問題主要有以下幾個點；一是混凝土的凍融破壞，特別是海水凍融循環條件下，加上氯離子和硫酸鹽的侵蝕作用，破壞更為嚴重。海水中通常含有 3%的鹽，其中主要危害是氯鹽和硫酸鹽。

受嚴酷環境作用，建筑材料容易發生腐蝕和劣化，降低結構的服役壽命。水滲入混凝土中結冰后會產生反復地膨脹內應力和滲透壓力，導致混凝土內部的微裂紋和缺陷逐漸擴大，內部結構逐漸疏松，力學性能降低，表面混凝土逐漸剝落。混凝土保護層對鋼筋的保護作用會大大削弱，導致海水中的鹽分可輕易侵入混凝土中，從而可造成鋼筋嚴重銹蝕，威脅結構的安全性。二是混凝土的碳化破壞，在南方地區高溫高濕環境條件下尤為突出，混凝土中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳在一定濕度條件下反應生成碳酸鈣，使混凝土的堿性降低（也可廣義地稱為中性化）。導致鋼筋表面鈍化膜變得不穩定甚至被破壞，從而引起鋼筋銹蝕。三是混凝土因氯離子侵蝕造成鋼筋銹蝕，氯離子會長期地通過擴散、滲透、對流和毛細吸附等方式進人混凝土內部，其中當氯離子達到一定濃度后破壞鋼筋的鈍化膜，“搬運”鐵離子，加速電化學腐蝕。導致鋼筋銹蝕，削減其有效截面，降低其粘結強度等受力性能，使混凝土保護層順筋脹裂。四是混凝土的硫酸鹽破壞，發生化學反應生成高硫型水化硫鋁酸鈣，即為鈣礬石，導致混凝土脹裂。在混凝土的干濕交替區反復的結晶膨脹，導致混凝土微細裂紋加速形成裂縫。近幾年的研究表明，硫酸鹽對混凝土的危害更多地是反復結晶膨脹侵蝕。五是混凝土的堿-集料反應。混凝土的堿 - 集料反應，是指混凝土中的堿與集料中活性組分發生的化學反應，引起混凝土的膨脹、開裂、甚至破壞。

腐蝕與防護學科對混凝土耐久性具有積極作用，實踐證明，防護涂層如聚脲、聚氨酯、環氧樹脂、硅烷等材料在混凝土的抗腐蝕方面有重要作用，可以延長混凝土的壽命，提高工程質量。腐蝕防護中，混凝土結構自身性能是基礎，腐蝕與防護等附加措施是重點手段 , 混凝土防護針對不同環境可進行混凝土和鋼筋保護，有利于混凝土的發展和進步。防護涂層可以起到封閉作用，具有屏蔽性能（水、氧氣、二氧化碳、氯離子、硫酸鹽等）、界面性能（附著性、適應混凝土的變形、耐堿性）、視環境不同可起到耐蝕和抗老化、耐鹽霧、耐海水長期浸泡、濕固化、耐磨損、耐沖擊等性能。視具體混凝土重要性，以及在造價可接受前提下，如對鋼筋混凝土構件采用在混凝土中摻入憎水外加劑的防腐蝕措施。對大氣中的附屬鋼筋混凝土構件采用表面硅烷浸漬等防腐蝕措施。綜合來看，腐蝕與防護學科在混凝土發展中扮演著不可或缺的角色。

記者：科學技術是第一生產力，耐久性研究在混凝土的應用中發揮著舉足輕重的作用，您長期從事混凝土等建筑材料的研發，為土木工程保駕護航，請結合您的科研經歷，談談您和您的科研團隊如何構筑起一套高效，可靠的混凝土防護體系？

荀高工：首先從混凝土材料自身做起，盡量選擇優質原材料（包括水泥、摻合料、砂、石、外加劑、水等），根據工程要求和相關國家標準，進行配合比設計和多次試配實驗，選出較好的配合比，進行工程應用。對于抗凍混凝土應控制適當含氣量 4%-6%。其次，構筑良好的混凝土防護體系，包括選擇優質的防護材料，并選擇相應的底漆等配套材料。再次，按照合理的施工工藝，注重控制施工過程的各個環節，保證施工質量。加強混凝土養護，以減少混凝土裂縫。混凝土的施工過程對控制構件外觀裂縫、施工裂縫至關重要，應加強施工質量管理。混凝土的拌制盡量采用二次攪拌法、裹砂法、裹砂石法等工藝提高混凝土拌合料的和易性、保水性，減少用水量，提高混凝土強度和耐久性。最后，進行工程質量的跟蹤和回訪。建立混凝土結構檢測、監測和評估體系，及時發現 , 及時修復。

以上步驟需要我們在實際工作中，共同討論制定方案，集思廣益，才能做出好的結果。團隊成員要互相配合，取長補短，實現優勢互補，不同學科和專業的同事經常討論，可以互相啟發，共同提高和進步。團隊成員有樂于付出和支持他人工作的習慣和品德，互相幫助，為完成工作任務而持續努力。

混凝土電通量測試儀

混凝土抗硫酸鹽侵蝕試驗機

混凝土耐磨試驗機

紅外光譜儀

壓汞儀

記者：在您這么多年的科研歷程中，能否給我們分享一下您印象深刻的典型案例？并給我們簡述一下您或您的團隊的這些科研成果或技術目前的應用狀況及產生的效益？

荀高工：在大連地鐵工程建設中，混凝土耐久性指標要求使用年限100年，特別是電通量指標小于 1000 庫倫，我們在大連地鐵配合比設計過程中，首先合成了專用聚羧酸外加劑，具有減水率高、增強效果好、和易性好等突出特點，然后優選混凝土原材料，進行配合比設計，成功配制出高耐久性混凝土。最后在大連地鐵工程中應用按我們設計的混凝土，實現了大連地鐵百年設計的要求。經試驗驗證結合大量研究得出，降低水膠比和加入摻合料是提高抗氯離子滲透性能的有效措施，56d 電通量由普通混凝土的 2000 ～ 3000 庫倫降低至 1000 庫倫。

記者：請您結合多年的科研經驗談談為保證混凝土的耐久性我們關鍵應該怎么做？

荀高工：首先，控制混凝土的密實度，通過選擇優質高效減水劑，降低水膠比，從而提高密實度。其次，采用低水膠比的大摻量礦物混凝土。加入摻合料，降低水化熱，特別是大體積混凝土，可有效減少裂縫，降低工程風險。在海工混凝土中尤為重要，因為一旦出現裂縫，海水中的氯鹽、硫酸鹽會從裂縫中進入混凝土內部和鋼筋中，加快混凝土和鋼筋的電化學腐蝕。再次，控制施工過程，加強養護。視情況采用混凝土透水模板布或延長拆模時間來提高施工和養護質量。保證混凝土澆筑密實和加強養護。最后，使用表面涂層技術提高混凝土的耐久性。表面涂層包括聚脲、聚氨酯、環氧樹脂、硅烷等，根據不同環境和使用要求，選擇不同的涂層。根據環境作用等級不同的配筋混凝土結構，采取混凝土表面涂層等附加抗腐蝕措施。如港珠澳大橋的沉管接縫處，采用聚脲涂層進行防護；北京有部分立交橋采用硅烷涂層作為防護手段；一些水利工程采用聚氨酯、環氧涂層作為防護方法。對于環境作用不同等級的部位，如護岸或防浪墻等的潮汐區、浪濺區和大氣區部位以及島上地上建（構）筑物外墻及室外構件（主要承重構件），采取混凝土表面涂層防腐措施，具體涂層體系的選擇可參考相應標準。對于建筑地下部分（至少低于海平面部分）的底板和外墻采取可靠的防水措施，視條件可采用如純聚脲材料等材料做防水和防腐蝕處理。也可使用內摻型鋼筋阻銹劑，減少鋼筋銹蝕，建議不使用亞硝酸鹽類阻銹劑，可考慮有機的氨基羧酸、氨基脂等類型的阻銹劑。

記者：請您展望一下混凝土耐久性研究的未來發展方向。荀高工：混凝土耐久性研究的未來發展方向主要有以下幾個方面，一方面混凝土自身的不斷發展，包括高強高性能混凝土、綠色混凝土等，人們越來越關注混凝土耐久性能，而不單單關注強度、流動度等指標，為混凝土的可持續發展提供發展方向。其中包括高性能外加劑的持續改進和性能提升。另一方面混凝土的監測與評估逐漸發展，在一定條件下考察各個環境因素對混凝土結構耐久性的綜合影響 , 建立混凝土結構耐久性數據庫等 , 為日常混凝土的監測提供重要手段。當混凝土出現破壞或即將破壞時，提供預警，引起人們注意后，可進行加固和維修，以保證工程質量。

最后，混凝土涂層防護技術也不斷進步。

研究開發新型涂層防護，解決工程實際遇到的問題或難題。

概括地說，聯合采用混凝土自身抗腐蝕措施和附加防腐蝕措施可以滿足混凝土和鋼筋混凝土結構的相關耐久性要求，具備技術可行性和適應性。未來的發展方向也是比較明朗。

后記：

我國是一個發展中的大國，正在從事著世界矚目的大規模基本建設，混凝土耐久性研究具有深遠意義。因此科學合理的設計，優質的施工質量來提高混凝土結構耐久性及防腐性，延長結構使用壽命是很重要的課題和任務！

● 人物簡介：

荀武舉，男，高級工程師，2001畢業于大連理工大學高分子材料專業，從事建筑材料專業技術工作15年，近五年來，主要從事建筑材料研發、生產和經營工作，先后主持或以技術骨干承擔國家、省、市項目二十余項，省部級項目5項，大連市項目16項。申請國家發明專利8項，取得授權國家發明專利2項，實用新型專利1項。在國內重要刊物發表論文10余篇。“聚羧酸系高效減水劑的研究”項目獲 “大連市科技進步三等獎”；“DK-PC聚羧酸系高性能減水劑”項目獲“遼寧省優秀新產品獎三等獎”；“C80自密實高性能泵送混凝土的研究與應用”項目獲 “大連市科技進步二等獎”。

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